Контактная сварка и применение машин контактной и точечной сварки

Историческая справка

Возможность соединения металлических заготовок способом стыковой сварки первым продемонстрировал в 1856 году известный физик Уильям Томсон (Англия). Изучая его работы в этой области, российский инженер Николай Бенардос (1842-1905) разработал методику и изготовил аппарат, позволяющий соединять металлы как точечной, так и шовной сваркой. В современной России доля этих видов сварки в общем объеме всех сварных соединений в настоящее время составляет более 70%.

Принцип действия

В общем виде любая технология точечной сварки — это набор типовых операций, базирующихся на известном эффекте разогрева металла электрическим током (закон Джоуля-Ленца). Под действием мощного кратковременного электрического импульса в точке сварки происходит:

  • разогрев металла до жидкого состояния;

  • пластическая деформация металла в точке контакта под действием сжимающего усилия, создаваемого электродами;

  • формирование ядра из расплавленного металла;

  • создание уплотняющего пояска, который призван защитить ядро из жидкого металла от взаимодействия с воздухом.

0c68c96b5c24e5007d218373de7dff52.jpg

После выключения электрического тока расплавленный металл ядра кристаллизуется, связывая свариваемые участки деталей между собой. На этом процесс образования сварочной точки заканчивается, и новый цикл повторяется сначала.

Примечание: за единичный сварной цикл можно получить одну (одноточечный способ) или больше (многоточечный метод) точек соединения.

ВАЖНО! Для получения максимальной прочности соединения нужно, чтобы контактные поверхности электродов изготавливались из износоустойчивых материалов, обладающих высокой электропроводностью. Только тогда сопротивление в сварных точках будет минимальным, а плотность токового импульса максимальной.

Достоинства:

К положительным качествам любой модификации точечной сварки относят:

  • возможность соединения особо тонких деталей, изготовленных из разных групп металлов;

  • высокую прочность мест соединения;

  • аккуратный внешний вид соединительных точек;

  • возможности широкой автоматизации технологического процесса, что значительно сокращает количество обслуживающего персонала;

  • высокую производительность (до 800 соединительных точек в минуту);

  • низкую себестоимость;

  • снижение количества расходных материалов.

Кроме того сварочное оборудование отличается простотой управления и не требует для обслуживания привлечения персонала высокой квалификации.

Причины недолговечности электродов контактной электросварки

Процесс контактной сварки состоит из следующих стадий:

  1. Предварительной подготовки поверхности соединяемых деталей – она должна быть непросто очищена от загрязнений и окислов, но и очень ровной, чтобы исключить неравномерность возникающего напряжения электрического поля.
  2. Ручного или механического прижима свариваемых изделий – с увеличением усилия прижима растут интенсивность диффузии и механическая прочность сварного шва.
  3. Локального расплавления металлов в зоне прижима теплом электрического тока, в результате чего формируется сварочное соединение. Прижим электродов на этой стадии препятствует образованию сварочных брызг.
  4. Отключения тока и постепенного остывания сварного шва.

kontaktnaya-svarka.jpg

Таким образом, материал электродов для контактной сварки претерпевает не только значительные термические напряжения, но и механические нагрузки. Поэтому к нему предъявляется ряд требований – высокая электропроводность, высокая термическая стойкость (в том числе – и от постоянных колебаний температуры), повышенные значения предела прочности на сжатие, малый коэффициент теплоёмкости. Таким комплексом свойств обладает ограниченное число металлов. В первую очередь – это медь, и сплавы на её основе, однако и они не всегда удовлетворяют производственным требованиям.

В связи с постоянным повышением энергетических характеристик производимых сварочными клещями для точечной сварки многие торговые марки ориентируют потребителя на применение только «своих», фирменных электродов, что не всегда соблюдается. В результате снижается качество сварных швов, получаемых по такой технологии, подрывается доверие к самому процессу контактной электросварки.

Преодоление указанных проблем производится двумя путями: совершенствованием видов и конструкций сварочных электродов для точечной сварки, и разработкой новых материалов, используемых для изготовления таких электродов. Для частных пользователей имеет значение также и цена вопроса.

tochechnaya-svarka.jpg

Технология

Эффективность технологического процесса точечной сварки в каждом конкретном случае определяется:

  • выбором оптимального режима;

  • соблюдением параметров выбранного режима;

  • строгой последовательностью выполнения операций;

  • правильно подобранной конструкцией электродов.

Внимание! Надежного соединения деталей можно добиться только при строгом соблюдении всех технологических требований.

Виды и режимы

Нормативно-техническая документация рассматривает два режима соединения металлических деталей методом точечной сварки:

  • жесткий — характеризующийся мощным электрическим импульсом, подающимся на электроды (быстрый нагрев) и сильным механическим давлением в сварочной зоне;

  • мягкий — отличающийся от предыдущего более плавным разогревом.

Примечание: все технические параметры режимов определяются тепло-физическими свойствами металлов, из которого изготовлены соединяемые детали. Приведены они в соответствующих инструкциях и справочниках.

Точечную сварку делят также на одно- или двустороннюю. В первом случае электрод подводят к одной из деталей, а для увеличения плотности сварного тока под вторую деталь устанавливают дополнительную медную подкладку, которая одновременно служит опорой. При двусторонней сварке электроды подводят к каждой детали.

Встречаются и иные модификации точечной сварки, например:

  • рельефная, отличающаяся от стандартной наличием на одной из деталей предварительно сформированного выступа — так называемого рельефа;

  • шовная — позволяющая получить герметичное соединение при помощи ряда перекрывающих друг друга точек.

Иногда в сварную зону под нахлест соединяемых деталей вводят оловянно-свинцовый припой или клей. В определенных случаях это позволяет повысить коррозионную стойкость и прочность мест соединения деталей.

Основные параметры режимов точечной сварки

Технологический процесс соединения деталей методом точечной сварки невозможен без оптимального выбора режима его выполнения. Его параметры зависят от материалов свариваемых деталей и их толщины. Именно они определяют:

  • диаметр контактной площадки;

  • величину удельной плотности тока;

  • величину удельного давления электродов на контактную площадку;

  • продолжительность сварочного цикла.

Внимание! Точечная сварка — кратковременный процесс, из-за чего отклонение хотя бы одного из оптимальных параметров режима может существенно повлиять на качество соединения.

Этапы выполнения сварочных работ

В общем случае точечная сварка выполняется в три этапа:

  1. Сжатие заготовок, которое должно вызвать пластическую деформацию микронеровностей.

  2. Подача импульса сварочного тока, гарантированно обеспечивающего нагревание рабочей зоны, расплавление металла в ней и формирование жидкого сварного ядра в центре сварной точки.

  3. Отключение сварочного тока и кристаллизация жидкого сварного ядра.

1d716e5149976cf923f5eb8b9eb96302.jpg

ВАЖНО! После прекращения подачи электрического тока электроды выводят из зоны сварки с небольшой задержкой. Сохраняющееся при этом усилие сжатия в месте сварки создает благоприятные условия для кристаллизации расплавленного металла. Иногда по окончании рабочего цикла величину этого прижима даже усиливают, что гарантирует проковку металла, которая должна устранить неоднородности шва.

Условия, обеспечивающие качество сварных соединений

На качество соединения деталей существенное влияние оказывает порядок выполнения работ, при определении которого должны быть выполнены следующие условия:

  • изначально сваривают участки, расположенные в непосредственной близости от ребер жесткости, углов и труднодеформируемых мест;

  • участки большой длины должны свариваться от середины к торцам детали;

  • точки свариваются последовательно, что исключает возможность образования «гофр».

Качественная сварка получается в тех случаях, когда заготовки имеют одинаковую толщину. Кроме того рекомендуется сваривать не больше трех, а в ответственных случаях не больше двух заготовок. Это условие необходимо выполнять, так как в пакете из большего количества деталей нагрев и деформация каждой из них будут существенно отличаться. Кроме того, при этом усиливается и эффект шунтирования сварочного тока.

Примечание: шунтирующий эффект — часть вторичного тока протекает минуя места сварки, то есть параллельно сварному току по уже имеющимся точкам.

Некоторые приемы точечной сварки показаны на рисунке, где:

  • соединение заготовок, отличающихся по толщине;

  • одновременное соединение трех деталей, две из которых одинаковой толщины;

  • последовательное соединение тонкого листа с двумя другими, имеющими большую толщину;

  • вариант получение ровной лицевой поверхности.

Если необходимо соединить между собой заготовки разной толщины, то необходимая прочность достигается при условии, что их толщина разнится не более, чем втрое. При большем расхождении рекомендуется использовать рельефную сварку или применять электроды с различной площадью контактной поверхности.

Конструкция электродов

Конфигурацию и размеры электродов проектируют, исходя из формы свариваемых деталей. В общем случае они должны обеспечивать не только надежность соединения, но удобство работы оператора.

Здесь показана конфигурация электродов, применяемых для сварки:

  • в тяжелодоступных местах;

  • стенок цилиндров малого диаметра, изготовленных из листового материала.

В целом конструкция электродов может быть произвольной и определяется только видом свариваемых конструкций. В общем случае они призваны обеспечивать необходимую точность соединения и высокую производительность выполнения работ и могут быть такими, что используются при разделении операций сборки или при их совмещении.

Важно! Смятие электродных наконечников во время сварки вызывает изменение удельных величин плотности электрического тока и механического давления на контактную площадку в рабочей зоне. Именно поэтому нужно внимательно следить за целостностью электродных наконечников, регулярно зачищать их, а при невозможности зачистки, менять поврежденные электроды на исправные.

Виды дефектов

Технологически верно выполненная точечная сварка гарантирует высокую надежность соединения при продолжительной эксплуатации в сложных климатических условиях. При возникающих повреждениях, как правило, разрушаются основные материалы, а не место их соединения.

Все дефекты, возникающие при точечной сварке, делят на четыре типа:

  • размеры литого ядра не соответствуют расчетным;

  • смещение литого ядра относительно центра сварной точки;

  • изменение свойств металла в точке сварки;

  • нарушение сплошности металла в рабочей зоне.

2a838118f3a9c8b0822137491a909c95.jpg

Качество сварки проверяют визуально или используя методы более точного рентгеноскопического и ультразвукового контроля.

Самым опасным дефектом в точке сварки считается так называемый непровар — отсутствие литой зоны. Именно он чаще всего является причиной разрушения сварного соединения. Кроме того, в случае выхода литого ядра на поверхность существенно снижаются прочность и антикоррозионная стойкость сварной точки.

Примечание: непровар легко обнаружить, приподнимая кромки соединяемых деталей, например, пробойником.

Визуально можно легко обнаружить:

  • наружные трещины;

  • разрывы кромок в местах нахлеста;

  • вмятины от электродов;

  • прожоги.

Устраняются такие дефекты повторной сваркой или установкой заклепок, естественно высверливая при этом забракованные сварные точки. Существуют и более сложные способы — термическая обработка для снятия напряжений, проковка или правка всего изделия, зачистка наружных выплесков металла и пр.

Сборка комплекта контактной сварки и последовательность работ

При проведении контактной сварки своими руками необходимо понимать, что весь процесс занимает от 0,5 до 1,5 сек, поэтому пусковая кнопка должна быть поставлена в разрыв цепи первичной обмотки инвертора. Важно не допустить прожога металла, а для этого необходимо отрегулировать высокочастотное выходное напряжение инвертора оптимальным образом и экспериментально подбирать длительность сварки. При соединении листов внахлёст необходимо обеспечить их неподвижность относительно друг друга, а также с постоянной силой прижимать электрод к точке сварки.

Окончательная сборка подразумевает соединение всех узлов и проверку надёжного, безопасного контакта в цепи сварочного тока и кнопки управления. Проверка работоспособности устройства и регулировка выходных параметров состоит из следующих действий:

  • установка инвертора на минимальный сварочный ток;
  • проверка надёжности подключения кабеля, пистолета или клещей, а также пусковой кнопки;
  • на пробных деталях проводится кратковременная, точечная сварка и при необходимости корректируется настройка выходных параметров инвертора;
  • прекращается сварка и оценивается результат, в случае прожигания заготовок, уменьшается ток и время сварки в точке контакта;
  • правильной считается сварка, при которой отрыв заготовок друг от друга происходит по металлу, а не по точке сварки;
  • в случае использования устройства, как споттера, нужно обеспечить надёжное приваривание наконечников к поверхности ремонтируемого участка.

Очень важно обеспечить безопасность работающего, чтобы избежать возможного поражения электрическим током и проводить сварку в специальной одежде, защищающей от ожогов.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий